UG模具设计之挤压模具设计原则

n5tznpz

概 述

塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力的作用下使它通过塑模，经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此，挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。
' b( v$ S) C& B: R4 K( c
4 v( t( t+ Y4 T: G# s" Y用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。
1 m: m9 D; d9 d, @) x
  r) a6 K/ x/ O, X0 V挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用，其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此，挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。


挤出成型机头典型结构分析
6 N$ _4 [) d! m# o: v
机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四种作用。
6 d: S* O. X) f' K  l
7 A/ P2 P. Y6 O* _3 O- h! x5 |. X（1）使物料由螺旋运动变为直线运动。

/ A3 P4 L& Q6 s/ M（2）产生必要的成型压力，保证制品密实。
: t0 r3 _# d9 g. C4 E; a
（3）使物料通过机头得到进一步塑化。

（4）通过机头成型所需要的断面形状的制品
: a: J4 z* q& e8 N+ N! J
1 ?$ u' s9 \! Y/ a7 S; Y现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与 结构，见图所示

% f# ~4 p, o, m# [, I& K
* {! }# y0 w1 u+ o
6 _0 J0 M6 T9 B6 |; W+ l- f
: }$ J6 R6 @5 o
# F$ x! M: {. q

n5tznpz

1．口模和芯棒

( h, z* I9 Q& }0 c3 z& W7 M4 S口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的内表面，故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。
. o, X, g1 B, H7 _% Z
% p, x8 B+ ]7 B8 r2．多孔板（过滤板、栅板）
$ A3 _6 L. H/ ]8 Q
如图8-2所示，多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动，同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外，多孔板还能形成一定的机头压力，使制品更加密实。
! B6 m# L4 j; \  m5 S& _
7 K! K% R2 I4 `  ~* D# O2 s
3 M  G' W: f2 {! I1 ~
$ M+ V1 w* x5 i3．分流器和分流器支架

! g; b4 r4 m9 d, v分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状，便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。
* e2 P/ f  ~+ R" `. P0 f$ _8 V4 Q! g
/ L$ ~/ n6 A* s4 \3 G" t! W; o' @分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒，同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。

+ z1 `7 O# u' A& v: J4 u/ H4．调节螺钉

用来调节口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁厚均匀。
' o0 e5 l( d+ I% h8 I
, n- C& Q9 N9 Z' L7 y5．机头体
5 ~+ s# \# _, ~* _
用来组装机头各零件及挤出机连接。
- T& Z6 X" C  Q+ y  K
6．定径套
: n4 x) [4 W0 @6 M3 _' x$ w
4 X1 I5 w$ [1 Q& S1 G: p使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正确的尺寸和几何形状。
$ h3 k3 b* g6 K, p
: e4 L: \# e) n  p  P7．堵塞
8 X( s: |9 A7 N3 X: E) a  i
防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。

n5tznpz

挤出成型机头分类及其设计原则
& l. j, l( ~( k0 Q4 f
1.分类

由于挤出制品的形状和要求不同，因此要有相应的机头满足制品的要求，机头种类很多，大致可按以下三种特征来进行分类：
$ |- p: B* V, H& f
（1）按机头用途分类

可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；
9 |" M# `0 b% z2 M6 i% e! r% I/ N6 Q
（2）按制品出口方向分类

$ G2 V. a" p; h$ N5 G! x& Z$ g+ ^! j可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头；

( ^+ B2 N/ X0 u9 [- F% n, _2 \（3）按机头内压力大小分类

可分为低压机头（料流压力为MPa）、中压机头（料流压力为4-10MPa）和高压机头（料流压力在10MPa以上）

2．设计原则

（1）流道呈流线型

为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出，同时避免物料发生过热分解，机头内流道应呈流线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。
. ~9 @! P* r- z" Q$ M8 Q
" l. Z4 A+ ?  J( L（2）足够的压缩比

# D$ Y7 u1 g, e8 h6 o; r# r2 m为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩比。
7 R3 I0 b5 J$ w0 q' e
! k; d0 m5 s* @; O5 e（3）正确的断面形状

1 b  A2 P: ^+ A% [/ c4 {机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。
- I! z0 k7 i- |1 l
, j$ p6 H: \: J# D) Q4 U) J* B（4）结构紧凑

6 U; C' d' W5 ]8 L在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便和不漏料。
5 L- t, K& b( \' Y' e9 T
（5）选材要合理
" q0 d# a6 Z7 U" x* R
由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀性。

+ z4 |+ Y* k) l# j/ E! e# o$ Y此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则。

1 Z! `' J) K' J9 r0 ^  B4 A
4 d; |/ ]/ G0 R& V( R: g/ X0 q典型挤出机头及设计

% ], x8 G) Y* b$ I常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。
管材挤出机头及设计
' v& G* W! |/ Z9 P2 U" X1 ^. l
+ E; A! F" ]% u9 h% U5 C
; K3 _5 D, v- b. ~% Z

; @) _2 N7 \- A: K

n5tznpz

1．管材挤出机头的结构形式

常见的管材挤出机头结构形式有以下几种：

! [3 S2 i1 C8 o0 u  y) B（1）直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单，具有分流器支架。芯模加热困难，定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。
8 ?2 y9 G/ h, ^$ X* L& G+ n+ s/ K
, Y; K+ a. g+ x2 w6 P1 ?（2）弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂，没有分流器支架，芯模容易加热，定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。
3 R$ ~5 t9 V, M
（3）旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头，结构复杂，没有分流器支架，芯模可以加热，定型长度也不长。大小口径管材均适用。
1 M, u4 v0 |$ C- V6 b# L6 b% F. q
2．管材挤出机头零件的设计

7 U1 ~3 ~2 o; T& a) o4 x$ F( \: C（1） 口模
# e* g( J/ E9 y. b1 A5 Q2 \
3 k$ ~- Z5 J0 w; g口模是成型管材外表面的零件，其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径，因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低，塑料因弹性恢复而发生管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关，目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值，一般是根据要求的管材截面尺寸，按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。
/ r* O, {7 O+ v- |+ r

1 W4 T$ L2 |5 n  d! w( }: M5 s